固态电池与传统液态电池的核心差异在于电解质的不同。在固态电池中,固态电解质替代了液态电解质及隔膜,不仅减轻了电池包的重量并减小了体积,而且显著提高了安全性。
从电池构造的角度来看,固态电解质集电解液与隔膜的功能于一体,极大地缩短了正负极之间的距离,进而减少了电池的厚度,直接提升了电芯的体积能量密度。
固态电池根据所含液体电解质的质量,可以细分为半固态、准固态和全固态三种类型。
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固态电解质含量指标:
资料来源:许晓雄
固态电解质领域的主流技术路径分为聚合物、氧化物及硫化物三大类。
聚合物固态电解质具有优异的成膜能力、对水分和氧气的不敏感性以及适中的电导率。
氧化物电解质在产业化方面进展较,其粉体材料的制备技术已相对成熟。当前已成功应用于半固态电池率先实现了商业化。不过室温下其离子电导率偏低,单独使用时难以满足实际应用需求。
氧化物电路线国内代表厂商包括天目先导、蓝固新能源、清陶能源、卫兰新能源及赣锋锂业等。
硫化物固态电解质具有卓越的电导率和良好的延展性,是固态电池电解质材料的理想选择。相较于氧化物和聚合物电解质,硫化物电解质离子传导率室温下可达10^-3 S/cm。
硫化物固态电解质根据晶体结构可分为玻璃态、玻璃陶瓷态和晶态。其中,晶态硫化物固态电解质拥有极高的离子电导率,可媲美甚至超越液态电解液。
在硫化物固态电解质领域,三星、宁德时代和蜂巢能源等企业是代表性厂商。
国内固态电解质各环节领域布局厂商还包括天目先导、蓝固新能源、上海洗霸、奥克股份、金龙羽、厦钨新能、普利特、泰瑞新材等。
此外,复合电解质融合了聚合物与氧化物的双重优势,通常通过无机填充物与聚合物固态电解质的复合制备而成。
鹏辉能源在固态电池的研发中,采用了自主研发的无机复合固态电解质层,创新显著提升了陶瓷材料的柔韧性和粘附力,有效降低了固态电池在弯折过程中发生内部短路的风险。
鹏辉能源无机复合固态电解质层:
资料来源:鹏辉能源
整体来看,固态电池当前的发展还面临许多挑战。在固态锂电池中,由于固体电解质替代了液态电解质,从原本的固体-液体接触变为了固体-固体接触。由于固体间缺乏润湿性,这种转变导致了更高的接触电阻在固-固界面上形成。此外,固体电解质,特别是陶瓷类型的电解质,内部存在着大量的晶界,对固体电解质整体电导率也构成影响。在政府和各环节推动下,行业有望持续迭代迎来广阔市场空间。
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